CN110436900A - 一种以钛铁渣为主要原料的铝质耐火材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以钛铁渣为主要原料的铝质耐火材料及其制备方法。首先将钛铁渣进行筛分，筛分后不同粒径的钛铁渣以质量百分比3％～12％进行级配。称量矾土、石英砂、α‑Al2O3微粉、蓝晶石的质量百分比分别为27～35％、4.5％、4.5％、2～10％。将原料充分混合后外加5wt％的硅溶胶，3～5wt％的自来水，充分混合后采用压片机压片，压力2MPa保压30s得到圆柱形试样。试样室温干燥24h后，在100℃下保温3h。将干燥后的试样放入高温烧结炉中烧结，烧结温度900℃～1300℃，保温3h。该耐火材料充分利用了冶金固废钛铁渣，因此制备成本较低，并具有显气孔率低、抗压强度高等特点。

Description

一种以钛铁渣为主要原料的铝质耐火材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐火材料技术领域，具体涉及一种以钛铁渣为主要原料的铝质耐火材料及其制备方法。
背景技术
耐火材料广泛地应用于钢铁、有色金属、机械、电力等国民经济的各大领域，在高温工业生产发展中，耐火材料起着无可比拟的作用。中国是世界耐火材料的生产和出口大国。2011年，中国耐火材料产量约占全球的65％，居世界第一位。中国的耐火材料企业众多，企业在规模大小、工艺流程、控制技术、装备水平等方面参差不齐，先进的、落后的生产方式共存。耐火行业整体上清洁生产水平不高，节能减排任务艰巨。
铝矾土是重要的耐火材料原料。我国铝矾土资源丰富，总储量高达20亿吨，居世界第一位。我国人均占有铝矾土资源很非常稀少，仅为世界人均水平的7.3％。但我国每年的铝矾土开采量约占世界总开采量的8％。但多年来，我国的铝矾土资源开采无序，资源综合利用水平低。耐火原料的开采无序使高品位铝矾土矿极度缺乏，低品位铝土矿又无法得到充分的利用，给环境带来了严重的负担。为保障耐火材料工业可的持续性发展，可以从以下两个方面着手：(1)合理利用耐火资源、延缓耐火资源服务年限；(2)利用二次资源如冶金固废，如钛铁渣，作为耐火原料，缓解耐火资源短缺的尴尬处境。在转变经济发展方式的历史性交汇期，“节约资源、保护环境”是当今社会前进发展的口号，也是耐火材料新工艺技术的首要任务。深入研究废渣的物理化学性质，以废渣为原料合成耐火材料或耐火材料中掺加工业废渣，能降低耐火材料消耗量，不仅节能减排还减少了生产成本。钛铁渣的合理利用显得尤为重要。
硅溶胶的原理基于溶胶—凝胶技术。当硅溶胶与他固体颗粒混合时，以枝状链连接在一起并随着水分蒸发，形成凝胶。干燥时，颗粒表面的羟基形成硅氧烷键，出现一个三维网络，使系统产生强度。并在高温状态下有着不错的性能。
钛铁渣是冶炼钛铁合金的废渣，产量大，利用率小，一般用在以下几个方面中：
(1)作建筑材料
主要可应用在水泥生产中，用作混凝土中的骨料以及制备建筑矿渣砖；
(2)提钛利用
单质钛质量轻、强度高，被认为是一种稀有金属。众多科研工作者对钛铁渣中钛的提取做了大量研究。钛的提取一般可分为酸法、碱法和高温碳化—低温氯化。
(3)在耐火领域的应用
赵惠忠等人发明了一种以钛铁渣为主要原料制备一种再生高铝耐火原料的方法。由钛铁渣经过球磨、煅烧、酸洗、球磨困料、煅烧破碎后得到，具有较高的耐火度，性能优异。张寒等人以钛铁渣、电石为主要原料，发明了制备一种高温隔热耐火材料的方法。该耐火材料具有小的显气孔率和高的体积密度，导热系数好。
(4)其他应用
东北大学的马俊伟研究其物理化学性质，通过调整渣的组成，控制热处理条件，使渣中的钛富集于钙钛矿相内，通过分级摇床重选分离得到钙钛矿富钛料。另外，科研工作者利用钛铁渣中二氧化钛的活性将其应用在降解领域中。辽宁工业大学的曹琳等以钛铁渣为原料降解甲基橙废水。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以钛铁渣为主要原料的铝质耐火材料及其制备方法，具体是一种成本低、强度高的硅溶胶为结合剂的耐火材料的制备方法。
其中制备耐火材料所用的结合剂为硅溶胶，用量为5％。
其中制备耐火材料的钛铁渣粒径为小于200目，小于1mm，1～3mm，3～5mm，5～8mm的质量百分比分别为3％、8％、19％、12％、12％。
本发明一种以钛铁渣为主要原料的铝质耐火材料及其制备方法，其优点及功效在于该材料体积密度大，显气孔率低，抗压强度大和成本低。
附图说明
图1为本发明实施例3提供的铝质耐火材料SEM照片。
图2为本发明实施例1提供的铝质耐火材料XRD图谱。
图3为本发明实施例1-5提供的铝质耐火材料的抗压强度随温度变化关系图。
图4为本发明实施例1-5提供的铝质耐火材料的显气孔率和体积密度随温度变化关系图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
首先将不同粒径的钛铁渣进行筛选，粒径为小于200目，小于1mm，1～3mm，3～5mm，5～8mm的质量百分比分别为3％、8％、19％、12％、12％。将原料称量，石英砂、α-Al2O3微粉的质量百分比分别为4.5％、4.5％，矾土的质量百分比为35％，蓝晶石的质量百分比为2％，混合充分后加入5％硅溶胶，后加入3％～5％自来水充分混合，后使用小型压片机压片，20MPa保压30s得到圆柱形试样。将圆柱形试样室温干燥24h后，在100℃下保温3h。将圆柱形试样放入高温烧结炉中烧结，烧结温度分别为900℃、1000℃、1100℃、1200℃、1300℃，保温3h，升温速率为5℃/min。对这种以钛铁渣为主要原料的耐火材料进行性能测试：当烧结温度为1200℃时，耐火材料的显气孔率为23.5％，体积密度为2.50g·cm-3，抗压强度为23.7MPa。
实施例2
首先将不同粒径的钛铁渣进行筛选，粒径为小于200目，小于1mm，1～3mm，3～5mm，5～8mm的质量百分比分别为3％、8％、19％、12％、12％。将原料称量，石英砂、α-Al2O3微粉的质量百分比分别为4.5％、4.5％，矾土的质量百分比为33％，蓝晶石的质量百分比为4％，混合充分后加入5％硅溶胶，后加入3％～5％自来水充分混合，后使用小型压片机压片，20MPa保压30s得到圆柱形试样。将圆柱形试样室温干燥24h后，在100℃下保温3h。将圆柱形试样放入高温烧结炉中烧结，烧结温度分别为900℃、1000℃、1100℃、1200℃、1300℃，保温3h，升温速率为5℃/min。对这种以钛铁渣为主要原料的耐火材料进行性能测试：当烧结温度为1200℃时，耐火材料的显气孔率为23.5％，体积密度为2.52g·cm-3，抗压强度21MPa。
实施例3
首先将不同粒径的钛铁渣进行筛选，粒径为小于200目，小于1mm，1～3mm，3～5mm，5～8mm的质量百分比分别为3％、8％、19％、12％、12％。将原料称量，石英砂、α-Al2O3微粉的质量百分比分别为4.5％、4.5％，矾土的质量百分比为31％，蓝晶石的质量百分比为6％，混合充分后加入5％硅溶胶，后加入3％～5％自来水充分混合，后使用小型压片机压片，20MPa保压30s得到圆柱形试样。将圆柱形试样室温干燥24h后，在100℃下保温3h。将圆柱形试样放入高温烧结炉中烧结，烧结温度分别为900℃、1000℃、1100℃、1200℃、1300℃，保温3h，升温速率为5℃/min。对这种以钛铁渣为主要原料的耐火材料进行性能测试：当烧结温度为1200℃时，耐火材料的显气孔率为20％，体积密度为2.59g·cm-3，抗压强度为27.5MPa。
实施例4
首先将不同粒径的钛铁渣进行筛选，粒径为小于200目，小于1mm，1～3mm，3～5mm，5～8mm的质量百分比分别为3％、8％、19％、12％、12％。将原料称量，石英砂、α-Al2O3微粉的质量百分比分别为4.5％、4.5％，矾土的质量百分比为29％，蓝晶石的质量百分比为8％，混合充分后加入5％硅溶胶，后加入3％～5％自来水充分混合，后使用小型压片机压片，20MPa保压30s得到圆柱形试样。将圆柱形试样室温干燥24h后，在100℃下保温3h。将圆柱形试样放入高温烧结炉中烧结，烧结温度分别为900℃、1000℃、1100℃、1200℃、1300℃，保温3h，升温速率为5℃/min。对这种以钛铁渣为主要原料的耐火材料进行性能测试：当烧结温度为1200℃时，耐火材料显气孔率为21.7％，体积密度为2.58g·cm-3，抗压强度为23.7MPa。
实施例5
首先将不同粒径的钛铁渣进行筛选，粒径为小于200目，小于1mm，1～3mm，3～5mm，5～8mm的质量百分比分别为3％、8％、19％、12％、12％。将原料称量，石英砂、α-Al2O3微粉的质量百分比分别为4.5％、4.5％，矾土的质量百分比为27％，蓝晶石的质量百分比为10％，混合充分后加入5％硅溶胶，后加入3％～5％自来水充分混合，后使用小型压片机压片，20MPa保压30s得到圆柱形试样。将圆柱形试样室温干燥24h后，在100℃下保温3h。将圆柱形试样放入高温烧结炉中烧结，烧结温度分别为900℃、1000℃、1100℃、1200℃、1300℃，保温3h，升温速率为5℃/min。对这种以钛铁渣为主要原料的耐火材料进行性能测试：当烧结温度为1200℃时，耐火材料显气孔率为23.5％，体积密度为2.55g·cm-3，抗压强度为24.2MPa。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (3)

1.一种以钛铁渣为主要原料的铝质耐火材料及其制备方法，其特征在于：该方法包括如下几个步骤：
(1)、钛铁渣颗粒不同，分别为小于200目，小于1mm，1～3mm，3～5mm，5～8mm；
(2)、粒径为小于200目，小于1mm，1～3mm，3～5mm，5～8mm的钛铁渣的质量百分比分别为3％、8％、19％、12％、12％；
(3)将原料称量，其中，矾土、石英砂、α-Al2O3微粉、蓝晶石的质量百分比分别为27～35％、4.5％、4.5％、2～10％，充分混合后外加硅溶胶，质量百分比为5％，再加入一定量的自来水，质量百分比为3％～5％，充分混合后使用小型压片机压片，2MPa保压30s得到圆柱形试样，将圆柱形式样室温干燥24h后，在100℃下保温3h；
(4)、将干燥后的圆柱形试样放入高温烧结炉中，烧结温度为900℃、1000℃、1100℃、1200℃、1300℃，保温3h，升温速率为5℃/min。
2.根据权利要求1所述的一种以钛铁渣为主要原料的铝质耐火材料及其制备方法，其特征在于：制备耐火材料的结合剂为硅溶胶，用量为5％。
3.根据权利要求1所述的一种以钛铁渣为主要原料的铝质耐火材料及其制备方法，其特征在于：粒径为小于200目，小于1mm，1～3mm，3～5mm，5～8mm的钛铁渣的质量百分比分别为3％、8％、19％、12％、12％。
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